藍(lán)寶石晶體材料以其優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)性能等特性,被廣泛的運(yùn)用在國防科技和民用領(lǐng)域,近年來在LED襯底領(lǐng)域藍(lán)寶石占領(lǐng)了主要的市場,如何生長大尺寸高質(zhì)量的藍(lán)寶石材料是當(dāng)前一項(xiàng)重要的研究課題。提拉法是目前生長藍(lán)寶石晶體材料最重要的方法之一,其中固液界面的形狀是影響晶體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文主要研究了提拉法藍(lán)寶石晶體生長過程中多種生長參數(shù),包括感應(yīng)加熱器相對(duì)坩堝的位置,晶體旋轉(zhuǎn)和坩堝旋轉(zhuǎn)對(duì)固液界面形狀的影響,并對(duì)熔體內(nèi)包裹體雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了研究。通過多物理場耦合數(shù)值仿真軟件COMSOL Multiphysics和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent對(duì)提拉法藍(lán)寶石生長過程進(jìn)行了二維和三維的數(shù)值模擬,計(jì)算了不同生長參數(shù)條件下的固液界面形狀和包裹體雜質(zhì)軌跡分布。對(duì)于生長參數(shù)的綜合作用,本文創(chuàng)新采用正交設(shè)計(jì)方法對(duì)各參數(shù)影響大小進(jìn)行評(píng)估,并得到最優(yōu)的生長參數(shù)組合;對(duì)于包裹體雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)軌跡,本文對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行了簡化建模,得到了不同晶體旋轉(zhuǎn)速度下包裹體雜質(zhì)軌跡分布情況。研究結(jié)果表明,藍(lán)寶石晶體生長過程中,固液界面凸度隨著感應(yīng)加熱線圈位置下移而增大、隨晶體旋轉(zhuǎn)速度增大而減小、隨坩堝轉(zhuǎn)速增大而略有增大。而且正交設(shè)計(jì)分析表明晶體旋轉(zhuǎn)是最主要的影響因素,其次是坩堝旋轉(zhuǎn),最后是感應(yīng)加熱器的位置。包裹體雜質(zhì)軌跡主要受熔體流動(dòng)驅(qū)使,熔體內(nèi)自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流的相對(duì)作用對(duì)于其分布影響較大,提高晶體旋轉(zhuǎn)速度能夠一定程度避免包裹體雜質(zhì)在晶體中心軸線附近聚集。本文的綜合研究對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中高質(zhì)量晶體的生長具有一定的參考和指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TQ164.2;O78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2809112